一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其製作工藝的製作方法

2023-05-24 07:18:21

一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其製作工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於：其化學成分按重量百分比為：C：3.55-3.85；Si：2.35-2.75；Mn：0.45-0.85；P：0.02-0.06；S：0.01-0.04；Ti：0.06-0.12；Sn：0.02-0.08；Sb：0.01-0.04；Mg：0.008-0.05；RE：0.015-0.035；其餘為Fe。其製作工藝依次是原材料及配比，合金熔煉，蠕化與孕育，澆注成型，清理與機加工。本發明與現有技術相比的優點是：具有最佳的抗熱疲勞性能、較佳的抗變形能力，良好的強度、塑性、硬度、耐磨性配合，同時也具有良好的鑄造性能和機加工性能。
【專利說明】—種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其製作工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強韌鑄鐵材料，尤其涉及一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其製作工藝。
【背景技術】[0002]重載汽車剎車鼓服役過程中承受著較大制動力和離心力，是在強摩擦、高熱負荷、交替冷熱作用等複雜工況下工作的關鍵部件，其綜合性能的優劣決定了整個制動系統的可靠性，進而直接影響重載車輛的行車安全。因此，要求所使用的剎車鼓擁有較高的強度、塑性，良好的抗熱疲勞性能和耐磨性，較高的摩擦係數、較低的摩擦係數衰減率，以保證其在重載運行時不破裂、對剎車蹄片的磨損較小，制動平穩、有效，有較長的使用壽命和較高的安全可靠性。
[0003]目前，國內外用於生產重載汽車剎車鼓的材料主要為三類鑄鐵材料:⑴珠光體灰鑄鐵，主要特點是導熱性好，摩擦係數高且穩定。常採用HT250、HT300、釩鈦鑄鐵和低合金鑄鐵等(基體中珠光體量大於90%，A型加少量D型片狀石墨)；HT250、HT300、釩鈦鑄鐵的強度、塑性、耐磨性和抗熱疲勞性能較差，而低合金鑄鐵通常加入Cr、Mo、Cu、Ni等貴重合金元素，雖然在強度、耐磨性方面有一定提高，但抗熱疲勞性能沒有多少改善，且生產成本較高。(2)鐵素體球墨鑄鐵(鐵素體量大於80%，球化率1-3級)，其特點是強度、塑性、耐磨性和抗熱疲勞性能較好，但導熱性和抗變形能力差，摩擦係數較低且不穩定。(3)鐵素體蠕鐵或珠光體蠕鐵(鐵素體或珠光體量大於85%，蠕化率大於80% )。蠕墨鑄鐵既有灰口鑄鐵所具有的高熱導率、高摩擦係數，也有球墨鑄鐵所具有的高強度、抗熱疲勞性和耐磨性，伸長率和彈性模量介於灰鐵和球鐵兩者之間，是製造高速重載汽車剎車鼓的較佳備選材料。
[0004]上述三類鑄鐵剎車鼓存在的主要問題:(I)珠光體灰鑄鐵強度、塑性和耐磨性相對較低，尤其是顯微組織中存在具有尖角的片狀石墨，割裂基體，引起應力集中，促進熱疲勞裂紋的萌生與擴展，導致剎車鼓早期發生龜裂，甚至斷裂，使用壽命偏低，安全可靠性差。
(2)球墨鑄鐵的熱導率低、摩擦係數小、屈強比低，所生產的汽車剎車鼓在重載、大制動力使用時變形嚴重，剎車面開裂處向內凸起嚴重撕扯、磨損剎車蹄片，制動的平穩性和可靠性差，用於載重量超過70噸的重載汽車，其使用壽命與普通HT250生產的剎車鼓相當。(3)蠕墨鑄鐵由於追求高的蠕化率和高含量單一基體(蠕化率大於80%，鐵素體或珠光體量大於85% )，故蠕化範圍窄，穩定控制難度大。鐵素體蠕鐵在重載工況下使用時強度和耐磨性不足，易變形，機加工時粘刀，表面光潔度差；珠光體蠕鐵一般需加入Cr、Mo、Cu等合金元素或進行熱處理，生產成本較高，其導熱性也低於鐵素體蠕鐵。
[0005]以上問題的存在常常使剎車鼓由於熱裂紋擴展、疲勞剝落、開裂掉底、變形失圓等而導致其失效，威脅到重載車輛的行駛安全，同時也給車輛保養帶來了較大的經濟負擔。國內市場迫切需要一種強度高、導熱性好、抗熱疲勞、耐磨損、使用壽命長、安全可靠性好的新型剎車鼓。
【發明內容】

[0006]本發明為了解決現有技術的上述不足，提供了一種在鑄態下直接使用的強度高、導熱性好、抗熱疲勞、耐磨損、使用壽命長、安全可靠性好，且工藝簡單、質量穩定、成本低廉的微合金化雙態石墨混合基體高強韌重載汽車剎車鼓及其製作工藝。
[0007]本發明的上述目的通過以下的技術方案來實現:
[0008]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於:採用蠕蟲狀與球狀雙態石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.55-3.85 ；S1:2.35-2.75 ；Mn:0.45-0.85 ；P:0.02-0.06 ；S:0.01-0.04 ；T1:0.06-0.12 ；Sn:0.02-0.08 ；Sb:0.01-0.04 ；Mg:0.008-0.05 ；RE:0.015-0.035 ;其餘為 Fe。
[0009]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的製作工藝，包括以下步驟:
[0010]I)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30%-35% 回爐料，40%-50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低於0.04wt.%、磷含量低於0.06wt.% ；
[0011]2)合金熔煉:採用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510-1530°c，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性；
[0012]3)蠕化與孕育:自配蠕化劑1?-|%^+11-511-513，加入量為0.45-0.75% ；75%S1-Fe 一次孕育，加入量約為鐵水重量的I %，與蠕化劑一起採用包內衝入法加入；矽鋇合金(71% Si，1.6% Ba，1.2% CaU.5% Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，採用倒包法衝入；
[0013]4)澆注成型:澆注溫度根據不同規格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理後15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘餘熔渣。
[0014]5)清理與機加工:澆注完畢經一定時間冷卻後，開箱，去除澆冒口，清理，經機械加工後鑄態下直接使用。
[0015]本發明與現有技術相比的優點是:
[0016]1、優化成分和處理工藝，得到55-75%蠕蟲狀石墨與25_45%球狀石墨混合分布在25-75 %珠光體和25-75 %鐵素體混合基體上這種雙態石墨、混合基體組織，可以獲得最佳的抗熱疲勞性能、較佳的抗變形能力，良好的強度、塑性、硬度、耐磨性、導熱性配合，同時也具有良好的鑄造性能(鐵水流動性、鑄件緻密性)和機加工性能。
[0017]2、不追求高的蠕化率和高含量單一基體(蠕化率大於80%，鐵素體或珠光體量大於90% )，降低了蠕鐵生產工藝控制的難度，降低了蠕化率對於鑄件斷面尺寸的敏感性，使得產品質量穩定性、鑄件緻密度和成品率明顯提高。
[0018]3、不使用Mo、Cu、N1、Cr等貴重元素，僅加入微量的T1、Sn、Sb (總量0.09-0.24wt.% )，通過微合金化達到調配控制石墨形態、基體組織、綜合性能的目的，成本低廉，白口傾向小；不用耗能費時的熱處理，在鑄態下直接使用，抗拉強度340-440MPa，延伸率≥1%，遠高於市場上常用的HT250和HT300，使用安全可靠。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對本發明進一步詳述:[0020]實施例1:
[0021]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於:採用蠕蟲狀與球狀雙態石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.62, Si:2.73, Mn:0.52, P:0.05, S:0.019, RE:0.032, Mg:0.023, T1:0.063, Sn:0.028, Sb:0.01，其餘為Fe。
[0022]剎車鼓本體顯微組織為:55%螺蟲狀石墨與45%球狀石墨同時分布在45%鐵素體和55%珠光體混合基體上。
[0023]附鑄試棒的力學性能為:硬度HB170，抗拉強度σ b = 438MPa，屈服強度σ 0.2 =329MPa，延伸率 δ = 2.11%0
[0024]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的製作工藝，包括以下步驟:
[0025]1)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30%-35% 回爐料，40%-50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低於0.04wt.%、磷含量低於0.06wt.% ；
[0026]2)合金熔煉:採用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510_1530°C，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性；
[0027]3)蠕化與孕育:自配蠕化劑RE-Mg-Si+T1-Sn-Sb，加入量為0.45-0.75% (根據鐵水含硫量和蠕/球狀石墨比例要求確定)；75% S1-Fe 一次孕育，加入量約為鐵水重量的1% (根據爐前鐵水含矽量而定)，與蠕化劑一起採用包內衝入法加入；矽鋇合金(71% Si，1.6% Ba, 1.2% Ca、Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，採用倒包法衝入；
[0028]4)澆注成型:澆注溫度根據不同規格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理後15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘餘熔渣。
[0029]5)清理與機加工:澆注完畢經一定時間冷卻後，開箱，去除澆冒口，清理，經機械加工後鑄態下直接使用。
[0030]實施例2:
[0031]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於:採用蠕蟲狀與球狀雙態石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.61, Si:2.62, Mn:0.63, P:0.05, S:0.021, RE:0.017, Mg:0.021, T1:0.081, Sn:0.031, Sb:
0.01，其餘為Fe。
[0032]剎車鼓本體顯微組織為:65%螺蟲狀石墨與35%球狀石墨同時分布在35%鐵素體和65%珠光體混合基體上。
[0033]附鑄試棒的力學性能為:硬度H B166，抗拉強度σ b = 369MPa，屈服強度σ 0.2 =297MPa，延伸率 δ = 1.36%0
[0034]實施例3:
[0035]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於:採用蠕蟲狀與球狀雙態石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:C:
3.55, Si:2.55, Mn:0.75, P:0.48, S:0.020, RE:0.015, Mg:0.008, T1:0.082, Sn:0.036, Sb:
0.02，其餘為Fe。
[0036]剎車鼓本體顯微組織為:75%螺蟲狀石墨與25%球狀石墨同時分布在25%鐵素體和75%珠光體混合基體上。[0037]附鑄試棒的力學性能為:硬度HB174，抗拉強度σ b = 398MPa，屈服強度σ 0.2 =321MPa，延伸率 δ = 1.12%。
[0038]但是，上述的【具體實施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括範圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落`入本專利包括的範圍。
【權利要求】
1.一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特徵在於:其化學成分按重量百分比為:C:3.55-3.85 ；S1:2.35-2.75 ；Mn:0.45-0.85 ；P:0.02-0.06 ；S:0.01-0.04 ；T1:0.06-0.12 ；Sn:0.02-0.08 ；Sb:0.01-0.04 ；Mg:0.008-0.05 ；RE:0.015-0.035 ;其餘為 Fe。
2.一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的製作工藝，其特徵在於:包括以下步驟: 1)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30% -35%回爐料，40% -50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低於0.04wt.%、磷含量低於0.06wt.% ； 2)合金熔煉:採用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510-1530°C，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性； 3)蠕化與孕育:自配蠕化劑RE-Mg-Si+T1-Sn-Sb，加入量為0.45-0.75%；75% S1-Fe —次孕育，加入量約為鐵水重量的I %，與蠕化劑一起採用包內衝入法加入；矽鋇合金(71%Si,1.6% Ba, 1.2% Ca、1.5% Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，採用倒包法衝入； 4)澆注成型:澆注溫度根據不同規格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理後15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘餘熔渣。 5)清理與機加工:澆注完畢經一定時間冷卻後，開箱，去除澆冒口，清理，經機械加工後鑄態下直接使 用。
【文檔編號】C22C37/04GK103866177SQ201210533044
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2012年12月12日
【發明者】金建平 申請人:金建平